Introdução às Medidas em Física Bloco I, 7 a Aula (03/05/2006) http://dfn.if.usp.br/~suaide/fap0152

1. Introdução às Medidas em Física Bloco I, 7a Aula (03/05/2006)http://dfn.if.usp.br/~suaide/fap0152 Alexandre Suaide Ed. Oscar Sala sala 246 ramal 7072

2. Estudo de um corpo em movimento • Como estudar o movimento de um corpo? • O que caracteriza um movimento? • Como obter essas informações e como analisá-las?

3. Estudo de um corpo em movimento • Em última instância queremos entender as interações (forças) de um corpo no meio. • Como, observando o movimento de um corpo, podemos entender as forças que atuam sobre um corpo?

4. Estudo de um corpo em movimento • Se eu sei a posição de um corpo em função do instante de tempo, eu determino a cinematica do movimento e, consequentemente a força resultante sobre o corpo

5. Estudo de um corpo em movimento • Mas quem é a força que eu estou determinando? • Essa análise cinemática me permite determinar a força resultante que está agindo sobre um corpo, como saber quais são as forças individuais?

6. Estudo de um corpo em movimento • Para tentar entender as forças individuais que agem sobre um corpo deve-se: • Estudar o movimento sobre vários aspectos (variar condições iniciais, método de medida, etc). • Ter precisão suficiente para distinguir os diferentes cenários.

7. Corpo em queda livre • Vamos estudar o movimento de um corpo em queda livre • Medida da cinemática completa desse corpo, ou seja, medir a posição em função do tempo • Velocidade, aceleração • Nós entendemos o movimento desse corpo? Quais são as forças atuantes? Somos sensíveis a essas forças? • Testar hipóteses

8. v Corpo em queda livre • Que forças podem estar atuando sobre um corpo em queda livre? • Peso (gravidade) • Empuxo (o ar tentando ocupar de volta o espaço do corpo) • Atrito com o ar (somente se houver movimento) • Outras forças? • Forças laterais, etc…

9. v Corpo em queda livre • Peso (P) • Atração gravitacional entre a terra e o corpo. Por simplicidade, assume-se a gravidade como uma constante

10. v Corpo em queda livre • Empuxo (E) • Atração gravitacional da massa de ar deslocada, que “tenta” ocupar novamente o espaço do corpo. Tem o sentido oposto ao peso.

11. v Corpo em queda livre • Atrito (A) • Forças de atrito devido à viscosidade do ar • Em geral, são muito dependentes da geometria do corpo • Depende fortemente de como o meio escoa em torno do corpo • Depende da velocidade

12. v Corpo em queda livre • Forças laterais (L) • Pode ter várias orígens e depende que quão bem controlado é o ambiente • Dependendo do sistema, uma pequena pertubação pode alterar totalmente o movimento lateral do corpo

13. v Corpo em queda livre • Como testar estas hipóteses? O nosso arranjo experimental é sensível o suficiente para perceber essas variações? • O que acontesse se uma das forças for muito mais intensa que as restantes?

14. v Corpo em queda livre • Hipótese de um corpo em queda livre em uma situação “quase ideal”

15. v Corpo em queda livre • Resolvendo o movimento

16. Movimento de um corpo em queda livre • Como medir a posição de um corpo em instantes de tempo bem determinados? • Muitos métodos diferentes • Radar, laser, fotos em instantes consecutivos (filme) • Experiência de queda livre • Usar a rede elétrica como referência em tempo e um dispositivo elétrico para marcar a posição do corpo em cada instante

17. Arranjo experimental • Corpo utilizado: um ovo plástico • A geometria do ovo plástico minimiza efeitos de atrito com o ar. • Medida das posições • Um faiscador gera um pulso de alta voltagem (cuidado) com freqüência igual a da rede elétrica (60,00 Hz). Esse pulso gera uma faísca que marca a posição do ovo em uma tira de papel encerado • A cada 1/60,00 segundos uma faísca é gerada no papel.

18. Atividades • Realizar a medida de queda livre do ovo utilizando o arranjo experimental disponível. • Cuidados experimentais • Ver apostila, pág. 5 • Cuidado com choques elétricos. Estamos utilizando altas tensões elétricas

19. Dados adquiridos • Fita encerada • Posição do ovo a cada 1/60 segundos t0 t1 t2 t3 t4 tn xi = posição do i-ésimo ponto ti = instante do i-ésimo ponto 1/60 s x1 x4 xn

20. ti tj vij t0 t1 t2 t3 t4 tn Análise dos dados: obtenção da velocidade instantânea • Velocidade instantânea • Quem é Dx e Dt?

21. Análise dos dados • Obtenção da velocidade instantânea • Qual é a incerteza na velocidade • Propagação de incertezas • A incerteza de Dxij é a própria incerteza da medida do deslocamento • Quem é a incerteza do tempo? 0 A rede elétrica é altamente estável, caso contrário não seria possível conduzir a energia por milhares de km

22. Atividades de análise de dados • Fazer uma tabela de posição do objeto como função do tempo • Medir os deslocamentos e calcular a velocidade • Dois sub-grupos dentro de cada grupo • Um deles mede deslocamentos em intervalos consecutivos (i,j) = (1,2); (3,4); (5,6); etc • O outro crupo mede deslocamentos em intervalos intercalados (i,j) = (1,3); (2,4); (5,7); (6,8) etc • Note que nenhum ponto é utilizado duas vezes. Porque? • Qual seria a conseqüência experimental se, invés de medirmos deslocamentos, calculássemos os mesmos a partir da tabela de posição como função do tempo?